論橋梁項目移梁支架基礎(chǔ)PHC管樁的應(yīng)用

鄧加貴

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

臨時支架結(jié)構(gòu)在大型橋梁項目施工中較為常見，傳統(tǒng)支撐類型多為鋼管樁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在基巖地質(zhì)情況下難以將空芯鋼管有效坎入巖層，使其利用端承力能力降低，結(jié)構(gòu)承載力難以滿足橋梁建設(shè)的高負(fù)荷要求。PHC管樁為空心圓筒型混凝土預(yù)制構(gòu)件，采用先張預(yù)應(yīng)力離心成型工藝制備而成，是大型橋梁、公路、高速、鐵路等項目常見的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，在1.0 MPa壓力、180 ℃蒸汽中養(yǎng)護(hù)后成型[1-2]。某公路橋梁跨移梁支架施工中，因基礎(chǔ)承載力高，傳統(tǒng)鋼管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)無法滿足其項目需求。該文結(jié)合實(shí)例項目采用PHC管樁作為臨時移梁支架滿足了橋梁施工需求，工程實(shí)施效果顯著。

1 工程概況

某公路橋梁主橋結(jié)構(gòu)為雙塔雙索面鋼混組合梁斜拉橋，項目為高速公路控制性工程。該橋梁29號主塔至32號橋墩為南側(cè)主橋梁，跨度約251 m，南側(cè)主橋梁由預(yù)制混凝土箱梁組成，該結(jié)構(gòu)寬38.5 m，中心線位置高度為3.823 m，采用分離式雙箱結(jié)構(gòu)組建。項目施工選用工藝為高空支架預(yù)制-移梁-拼裝方案，最大移動距離為220 m，預(yù)制混凝土箱梁可分為38段，單節(jié)段最大重量達(dá)1 067 t。

2 移梁支架預(yù)制管樁基礎(chǔ)的設(shè)計

該項目施工過程中，為便于南側(cè)跨預(yù)制梁段拼接、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移、存儲等，進(jìn)行了長220 m、寬20 m大型高空臨時軌道式支架施工。

施工過程中，為避免橋梁段開裂須嚴(yán)格控制支架沉降變形指標(biāo)，尤其是在拼裝和移動過程中控制沉降小于2 cm，項目對支架基礎(chǔ)承載力要求高且橋梁節(jié)段重量大，根據(jù)設(shè)計需求單樁承載力須大于255 t。單樁承載力要求高，常規(guī)鋼管樁結(jié)構(gòu)無法沉入基巖完成坎巖，承載力不足，無法滿足該項目需求，無法充分利用樁基端承力，不利于項目順利開展。在實(shí)踐中，鉆孔灌注樁則存在污染環(huán)境、費(fèi)用高和工期長的特點(diǎn)，不易于推廣。臨時支架結(jié)構(gòu)搭設(shè)環(huán)節(jié)，須于橋尾處覆蓋厚度為22 mm的黏土，保持其單軸抗壓強(qiáng)度大于21.5 MPa，黏土層下為粉砂質(zhì)泥巖。

PHC管樁作為支架具備成樁快、承載力高、操作便捷等特點(diǎn)[3]，綜合對比后，確定該項目臨時基礎(chǔ)支架選用PHC高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)圖集04ZG207，該項目PHC管樁選定型號為φ500×100AB型，其詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

表1 PHC預(yù)應(yīng)力管樁參數(shù)表

該項目移梁支架基礎(chǔ)為PHC管樁，管徑500 mm，基礎(chǔ)管樁長度大于23.8 m且于施工區(qū)域向強(qiáng)風(fēng)化巖層下埋深度大于1.5 m。地面位置澆筑一個1 m厚的混凝土承臺連成整體。詳見圖1所示。

圖1 PHC預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

以《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求結(jié)合實(shí)地勘測資料，按照端承摩擦樁標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行PHC管樁的單樁軸向受壓承載力容許值計算，依據(jù)公式[Ra]=1/2ζsu∑qikli+u∑c2ifrkihi+c1Apfrk獲得混凝土PHC管樁單樁軸向受壓承載力容許值333.76 t，符合項目承載力需求。該項目工程中，共計使用混凝土PHC管樁256根，合計長度7 000 m。

3 移梁支架預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的施工

3.1 沉樁方法

靜力壓樁和柴油錘錘擊入沉樁為移梁支架預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)常用沉樁手段，前者對地基要求高且需提前預(yù)備施工土地，占地面積大，多用于空曠區(qū)域，住宅區(qū)較近的項目則用柴油錘錘擊入沉樁方法[4]。

3.2 沉樁設(shè)備

結(jié)合項目需求，結(jié)合實(shí)地勘測數(shù)據(jù)，沉樁設(shè)備選用DH50筒式柴油錘，該設(shè)備自帶導(dǎo)向架，操作便捷，詳細(xì)參數(shù)如表2所示。

表2 DH50筒式柴油錘參數(shù)表

3.3 樁尖設(shè)置

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁底部設(shè)置鋼十字形樁尖并通過焊接方式連接樁端鋼箍，提高預(yù)應(yīng)力混凝土灌裝端承力以增加其入土深度。

4 打樁施工方案

4.1 試樁

選定29#墩承臺回填土區(qū)域作為試驗樁，另根據(jù)實(shí)際情況選取30#墩與31#墩工程樁進(jìn)行試驗，根據(jù)低層區(qū)域的地基承載力情況進(jìn)行分析。通過現(xiàn)場試驗確定單樁實(shí)際豎向抗壓極限承載能力和不同荷載情況下管樁沉降數(shù)據(jù)，了解打樁設(shè)備技術(shù)性能并確定詳細(xì)施工控制參數(shù)。以反力抗拔樁+600 t千斤頂加載方式試樁，詳見圖2所示。

圖2 試驗樁示意圖（單位：cm）

試驗樁過程中，樁頂沉降變形值由試樁頂部的千分表獲得。試驗加載采用慢速維持荷載法，通過逐級加載，對每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后進(jìn)行下一級荷載，直至終止加載。試樁環(huán)節(jié)最大試驗荷載為3 000 kN，現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)顯示，3 500 kN荷載情況下，檢測樁累計最大沉降值為10.34 mm，荷載卸除后，空載試樁沉降值為1.08 mm。詳見圖3所示。

圖3 管樁荷載—沉降圖

3 500 kN荷載壓力下，11-B江側(cè)樁的試樁最大沉降值為8.335 mm，荷載卸除后，空載試樁沉降值為0.16 mm，詳見圖4所示。

圖4 11-B管樁荷載—沉降圖

4.2 沉樁

項目施工環(huán)節(jié)，施工順序為高處向低處、江側(cè)跨向岸側(cè)跨逐跨施工以減少后沉樁對先沉樁的側(cè)向擠壓力，避免出現(xiàn)樁位偏斜影響項目質(zhì)量。為控制施工質(zhì)量，需于每跨打樁工程區(qū)域設(shè)置2個水準(zhǔn)點(diǎn)并與控制樁相匹配，確保施工不影響被試壓樁。設(shè)置軸線控制樁并保持其與外墻距離5～10 m，保持合理高度。混凝土管樁頭頂部位置為剛性結(jié)構(gòu)，需在樁帽與樁、樁錘與樁帽之間添加12 cm以上草墊、紙皮、麻袋或硬木等隔離層避免錘擊過程中錘頭破裂，并為錘擊過程提供一定的緩沖效果，起到保護(hù)樁頭作用。

在打樁時應(yīng)對管樁錘擊垂直度嚴(yán)格控制，時刻保持樁身、樁錘、樁帽和送樁器在同一垂直線。管樁起吊到位后插入地面，垂直度偏差須小于0.5%，錘擊過程中需借助長條水準(zhǔn)尺進(jìn)行垂直度的校正，保障錘擊過程中樁身、樁錘和樁帽等結(jié)構(gòu)保持垂直度一致。錘擊過程應(yīng)保持動作連貫性，盡可能減少中間停頓時間并防止錘擊深度達(dá)到預(yù)計深度時接樁[5]。

4.3 接樁

不同節(jié)段管樁接樁時，應(yīng)保持上節(jié)管樁與下節(jié)管樁垂直度一致，兩者之間錯誤偏差需小于2 mm，且接樁操作需于地面0.5～1 m位置進(jìn)行，為上節(jié)樁就位便利可于下節(jié)樁頭處設(shè)置導(dǎo)向箍。使用鐵制刷子將管樁上下端接口面清理干凈，保持接口處金屬光澤明顯。以點(diǎn)狀對稱焊接方式將不同節(jié)段樁焊接，上下節(jié)管樁間隙放置鐵片，焊接過程中選擇合適位置對稱焊接4～6個點(diǎn)，隨后待兩節(jié)管樁固定后將端頭位置導(dǎo)向箍拆除，兩名焊接人員對稱進(jìn)行焊接，焊接層數(shù)超過兩層并將焊渣清理干凈，分層操作并確保焊縫飽滿，焊接操作連續(xù)進(jìn)行不得出現(xiàn)斷點(diǎn)。焊接完成后，待樁頭自然冷卻后方可錘擊管樁，避免使用冷水沖擊焊頭加速冷卻，也不能焊接完成后直接夯擊，需自然冷卻8 min以上。

4.4 收錘

樁尖到達(dá)樁端持力層后，以最后三振十擊貫入度控制樁錘判斷手錘標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合試樁試打數(shù)據(jù)確定最后三振十擊貫入度，一般情況下保持20 mm。

4.5 截樁

專用鋸樁器截割樁頭，精準(zhǔn)測量確定高出裝頂標(biāo)高的樁頭尺寸，按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸切割斷接線，保障施工質(zhì)量。樁頭切割時應(yīng)將多余的樁頭混凝土打掉，將預(yù)留主鋼筋調(diào)直，使用鋼刷將其清理潔凈。根據(jù)實(shí)際施工效果，工程應(yīng)用中5PHC管樁沉樁數(shù)據(jù)為100 m/T天，工期用時70天，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)施工順利完成，為后續(xù)工序的順利實(shí)施奠定了有利基礎(chǔ)。

該項目移梁支架以預(yù)制管樁為基礎(chǔ)，為大噸位預(yù)制節(jié)段梁高空移位、存儲、對接等提供充足承載力，確保工序順利完成，管樁最大沉降為7 mm，符合項目施工要求和操作規(guī)范。

5 結(jié)論

PHC管樁具備承載力高、應(yīng)用便捷、施工快速、預(yù)制方便等特點(diǎn)，可有效擊入巖層利用端部承載力，在大型橋梁、公路等項目建設(shè)中應(yīng)用效果顯著，為特大型、重荷載橋梁臨時支架基礎(chǔ)提供了新的方案，可為同類項目工程施工提供經(jīng)驗參考。